Erhöhte Bindenahtfestigkeit bei Spritzgussbauteilen durch innovative Werkzeugmodifikation

Durch die Integration zusätzlicher Stempel im Werkzeug wird die Strömung der Schmelze an kritischen Stellen gezielt beeinflusst, wodurch eine ungünstige Orientierungen von Füllstoffen effektiv abgeschwächt und eine Bindenaht somit praktisch vermieden werden kann.

Spritzgießen ist einer der am häufigsten verwendeten Urformprozesse in der Kunststoffindustrie. Auch partikel- oder faserverstärkte Verbundwerkstoffe lassen sich so kostengünstig herstellen. Bei dem Verfah­ren wird der Werkstoff bis in den schmelzeförmigen Zustand erwärmt und in ein Formnest gedrückt. Insbesondere bei der Her­stellung komplexer dreidimensionaler Bauteile mit mehre­ren Angüssen oder Umfließungen von Hindernissen kommt es zur Bildung von Bin­denähten. Sie entstehen, wenn die Fließfronten der Schmelze aufeinandertreffen und in diesem Zustand „einfrieren“.

Bindenähte stellen vor allem bei fasergefüllten oder hoch-molekularen Kunststoffen eine mechanische Schwach­stelle durch eine ungünstige Orientie­rung der Makromo­leküle bzw. der Fasern senkrecht zur Hauptfließrichtung dar.
Um diese ungünstige Orientierungen aufzuheben reicht eine Optimierung der Verarbeitungsparameter nicht aus. Es bedarf einer mechanischen Einwirkung, wie sie bspw. im sogenannten Gegentaktspritzgießen umgesetzt wurde. Dieses und ähnliche Verfahren bringen jedoch viele Ein­schränkungen mit sich und sind sehr energie- und kosten­intensiv.

Im Bereich der Bindenaht wird am Werkzeug ein Stempel integriert, der im zurückgezogenen Zustand eine Neben­kavität freigibt. Diese wird während des Füllvorgangs mit gefüllt. Am Ende des Einspritzvorgangs drückt der Stem­pel diese Schmelze zurück in die Hauptkavität. Dadurch wird die Bindenaht durchströmt und die ungünstige Orien­tierung in diesem Bereich wird effektiv abgeschwächt.

• Erhebliche Festigkeitssteigerung in Bindenahtbereichen
• Insbesondere für gefüllte / faserverstärkte Bauteile
• Geringerer Maschinen- und Energieaufwand
• Funktion durch Simulationen gezeigt
• Einfache kostengünstige Modifikation
• Problemlos in bestehende Anlagen mit Kernzugsteuerung integrierbar

Am Institut für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart wurde eine Werkzeugmodifikation entwickelt, mit der es möglich wird, die Bildung dieser Schwachstellen zu ver­meiden. Im Vergleich zu anderen Verfahren ist diese Technologie weniger aufwendig und günstiger. Darüber hinaus ist sie ressourcenschonend und auch in beste­hende Werk­zeuge integrierbar. Durch eine lokale, gezielte Modifika­tion wird der maschinelle und finanzielle Aufwand mini­miert und macht somit komplexe spritzgegossene Bau­teile noch leistungs- und konkurrenzfähiger. Dies ist ins­besondere für Verbundbauteile von großem Nutzen; ent­sprechend groß ist das Anwendungspotenzial.